Chemie a život – Modrozelené řasy | Populárně vědecký časopis Chemie a život 2017 №5

V polovině minulého století si lidé začali myslet, že potřebují další zdroj bílkovin. Na Zemi to nebude bolet a ve vesmíru se to bude hodit. Před několika desetiletími začalo průmyslové pěstování modrozelených řas.

Živné bakterie. Ve skutečnosti modrozelené řasy nejsou vůbec řasy. Jedná se o sinice, které jsou schopné fotosyntézy s uvolňováním kyslíku. (Existují i ​​jiné fotosyntetické bakterie, ale ty neprodukují kyslík.) Mnoho sinic žije ve vodě, někdy ji pokrývá hustou zelení. Fotosyntetizuje, plave ve vodě – proč ne řasa? Kromě fotosyntézy mnoho druhů modrozelených řas fixuje vzdušný dusík, což znamená, že doslova získávají organické sloučeniny ze vzduchu. Snadno se pěstují a buňky jsou přeplněné živinami. Především bílkoviny: u pěstovaných druhů je to zpravidla nejméně 50 % sušiny a někdy její podíl dosahuje 70 %. Pro srovnání: maso obsahuje pouze 43% bílkovin a pekařské droždí – 39%. Modrozelené řasy obsahují mastné kyseliny, nasycené i nenasycené, včetně esenciálních, vitamíny a také pigmenty: chlorofyl a karotenoidy. Karotenoidy se používají jako přírodní potravinářská barviva a přísady do krmiv pro zvířata. Lososové maso chované na takových krmivech bude mít příjemnou růžovou barvu. Přírodní pigmenty, i když jsou dražší než syntetické, barví živou tkáň lépe.

Mezi sacharidy sinic patří škrob, glukóza, další cukry a polysacharidy. Jsou vysoce stravitelné, takže řasy lze přidávat do jídla bez omezení.

Obecně je produkt užitečný. V současné době se pěstují tři hlavní skupiny modrozelených řas: Nostoc, Arthrospira, také známá jako Spirulina, a Aphanizomenon. Každý rod zahrnuje několik druhů. Pěstují se venku, sklízejí se, suší, drtí a prodávají se jako tablety, prášky, kapsle nebo suspenze, přidávají se do těsta, lupínků, bonbonů, žvýkaček a nápojů. Byly vyvinuty a patentovány speciální metody sušení, aby se zabránilo oxidaci karotenoidů a mastných kyselin. Mořské řasy mají navíc zdravotní přínosy, například pomáhají v boji proti obezitě, vysokému krevnímu tlaku a selhání ledvin, snižují hladinu glukózy v krvi a podporují růst prospěšných střevních bakterií Lactobacillus. Pro tento účinek můžete kapsli spolknout. Výběr modrozelených řas je stále málo rozvinutý, ale zdokonaluje se a počet kmenů roste.

Všechno to zní neuvěřitelně moderně a slibně, ale lidé jedí modrozelené řasy po tisíce let a na některých místech v tom pokračují pomocí technologií vybroušených po staletí.

Spirulina dieta. Mnoho modrozelených řas tvoří velké kolonie, které se snadno sbírají. Například kolonie Spiruliny vypadají jako dlouhé, volně plovoucí vlákna. Spirulina roste v Tichém oceánu u pobřeží Japonska a Havaje, stejně jako ve velkých sladkovodních útvarech. Obsahuje až 70 % bílkovin včetně esenciálních aminokyselin, 4 % vitamínů a hodně železa. Neobsahuje toxiny a je bezpečný i při dlouhodobé konzumaci. Spirulinu považuje WHO za jednu z největších superpotravin a NASA za vynikající kompaktní potravinu pro cestování do vesmíru, protože malá množství obsahují širokou škálu živin.

Lidé oceňovali spirulinu dávno před NASA. V roce 1325 založili Aztékové na břehu jezera Texcoco město Tenochtitlan. U jezera sbírali spirulinu, ze které připravovali jakýsi suchý koláč zvaný tecuitlatl. Nyní z nějakého důvodu tento rybolov vybledl, ačkoli spirulina v jezeře přežila. Spirulina se stále sbírá v Africe. Ve velkém roste v sodovkových jezírkách kolem Čadského jezera. Jedním z nich je jezero Kossorom, malé a mělké, ne hlubší než jeden a půl metru.

Spirulina se sklízí po celý rok. Denně k jezeru přijíždí asi 200 žen ve věku od čtyř do osmdesáti let. Jedna z nich, ctihodná stařena, řídí rybářství, rozdává ženy po břehu a dává signál k zahájení sběru. Ženy chytají plovoucí řasy proutěnými košíky, které zároveň slouží jako primární filtry. Po návratu na břeh vylévají tuto kaši do mělkých, plochých, kulatých děr asi 5 cm hlubokých, vykopaných v pobřežním písku. Přebytečná tekutina jde do písku a pod horkým africkým sluncem se brzy vytvoří mokrý koláč o průměru 40-50 cm a tloušťce asi centimetr. Sběrači tuto hmotu nakrájí na obdélníky a odvezou do svých vesnic usušit. Výsledný produkt se nazývá dihe. Část se používá na farmě, část se prodává na sousedních trzích, odkud se produkt dostává i do zahraničí.

Vývar se připravuje z kostky. To je dlouhý a obtížný proces. Nejprve se suché mořské řasy rozdrtí a naplní se studenou vodou. Rozpouštějí se v něm hrudky, usazují se větvičky, klacíky a písek. Kapalina se vypustí ze sedimentu, zfiltruje se a vaří se hodinu a půl; výsledkem je modrozelený vývar, stále s pískem a rostlinnými zbytky. Nalije se do kotlíku a nechá se usadit. Mezitím na rostlinném oleji orestujte cibuli dozlatova, zalijte ji opatrně přecezeným vývarem, přidejte sůl, chilli papričku, kostky bujonu a okra (plody ibišku esculentus). Toto jídlo vařte až do vaření a podávejte s kukuřicí, jáhly nebo čirokem.

Nutno říci, že sběr spiruliny je výhradně ženská činnost. Mužům je zakázáno vstupovat do jezera, věří se, že se tím stane neplodným. Ročně se z jezera nasbírá asi 40 tun řas, což stojí více než 100 tisíc dolarů.

Co je fatsai? Tak se v Číně nazývá sinice Nostoc flagelliforme a pokrmy z nich vyrobené. Vláknité kolonie nostoce dlouhé až půl metru připomínají vlasy a Číňané jim říkali „vlasová zelenina“ – fatsai. Další čínské slovo se vyslovuje stejným způsobem, což znamená „šťastný“, „bohatý“, takže N. flagelliforme symbolizuje štěstí mezi Číňany, polévka z něj vyrobená se jistě jí na Silvestra.

Často se píše, že N. flagelliforme je mořská řasa. Není tomu tak, tento druh roste na suchých, polopouštních pozemcích v nadmořské výšce 1000-2800 m nad mořem a je zvyklý se spokojit s rosou, která v noci padá. Přes den v horku včelstva vysychají a černají, ale brzy ráno nebo po dešti jsou šťavnaté a zelené. Poté se shromažďují. Průměrná výtěžnost nostocu je asi 5 gramů na metr čtvereční, maximum je až 33 gramů.

Fatsai obsahuje hodně vápníku a má se za to, že je dobré pro děti. Před vařením se produkt nechá nabobtnat, v této podobě připomíná zelené nudle. Vaří se, používá se jako zeleninová příloha a přidává se do polévek. Řasy jsou stále vzácnější, proto čínská vláda omezuje sklizeň mořských řas a odpovídajícím způsobem roste i cena.

Llullucha – čarodějnický olej. Nostoc commune roste ve sladkovodních a vlhkých místech po celém světě, dokonce i v Arktidě. Jeho buňky tvoří velké želatinové kolonie velikosti olivy nebo i malé švestky. V roce 1732, když cestoval po Laponsku, Carl Linnaeus zaznamenal lidovou víru, že kolonie byly tvořeny „hlenem“ procházejících mraků. Říká se jim jakkoli: hvězdné želé a čarodějnický olej. V Asii, včetně Jávy a Číny, se tyto kolonie jedí – dobře tam rostou na horských rýžovištích. Přidávají se do polévek a jedí se ke smaženému masu, zejména kachně. Pokrm je velmi výživný, protože tyto sinice fixují dusík.

Nostoc vulgare je populární v Peru, sbírá se ve vysokohorských jezerech a jarních tůních v nadmořských výškách do 4100 m a nazývá se llullucha. Během pěti minut lze ze dna malých nádrží nabrat několik kilogramů kolonií. Cena Nostocu dosahuje 120 dolarů za kilogram suché hmotnosti. Na trhu v Cuscu je však lullulucha uchovávána ve studené vodě, aby se zabránilo vysychání. Takto lze skladovat až dva týdny. Aby se vytvořily zásoby, a ty se musí vyrobit, protože noštok se sbírá pouze v období sucha, včelstva se suší na slunci a skladují se na travních rohožích pod střechou. Před použitím se namočí.

Peruánci věří, že čerstvý nostoc chutná lépe a jedí se v této podobě se solí nebo v salátech s vařenými semeny tarwi (sladká semena Lupinus mutabilis) a bylinkami. Nostok se také používá do polévek, masových a zeleninových jídel, přidává se pět minut před vařením. Jedna z polévek obsahuje brambory, feferonky, kukuřici, sýr, tarwi, quinou a cibuli. Nechybí ani recepty s vejci, mlékem a špenátem; Maso z morčete a místní zelenina; brambory, rajčata a rýže.

Peruánští vědci jsou znepokojeni schopností Nostoca syntetizovat neobvyklé aminokyseliny. Jeden z nich, beta-N-methylamino-L-alanin, je neurotoxický a vědci se obávají, zda může podporovat Alzheimerovu a Parkinsonovu chorobu u pijáků llulluchi. Věci zatím nedošly dál než k obavám a lulullucha je mezi Peruánci v postní době velmi oblíbená a v hubených letech nahrazuje brambory, i když stojí několikanásobně více. A cena poroste: nostok mizí kvůli pesticidům a hnojivům aplikovaným na bramborová pole. Nyní se vyskytuje pouze vysoko v horách, kde je stále čisto.

Modrozelené řasy čítají až 1500 druhů [3]. V různých literárních zdrojích a od různých autorů jsou uváděny pod různými názvy: sinice, sinice, sinice, sinice, sinice, sinice, modrozelené řasy, modrozelené řasy [12], sinice [13]. Rozvoj bádání vede některé autory ke změně názorů na povahu těchto organismů a podle toho i ke změně názvu. Například ještě v roce 2001 V.N. Nikitina je zařadila mezi řasy a nazvala je sinicemi a v roce 2003 je již definovala jako kyanoprokaryota [15, 16]. Název je v zásadě vybírán v souladu s klasifikací preferovanou konkrétním autorem.

Proč mají organismy v jedné skupině tolik jmen a proč si názvy jako sinice a modrozelené řasy odporují? V nepřítomnosti jádra jsou podobné bakteriím a v přítomnosti chlorofylu a a schopnost syntetizovat molekulární kyslík – s rostlinami. Podle E.G. Kukka, „extrémně unikátní struktura buněk, kolonií a vláken, zajímavá biologie, velký fylogenetický věk – to vše jsou znaky. poskytují základ pro mnoho výkladů systematiky této skupiny organismů.“ Kukk dává jejich jména jako modrozelené řasy (Cyanophyta), fykochromové pelety (Schizophyceae), slizové řasy (Myxophyceae) [12].

Taxonomie je jedním z hlavních přístupů ke studiu světa. Jeho cílem je nalézt jednotu ve viditelné rozmanitosti přírodních jevů. Problém klasifikace v biologii vždy zaujímal a zaujímá zvláštní postavení, které je spojeno s obrovskou rozmanitostí, složitostí a neustálou variabilitou biologických forem živých organismů [10]. Sinice jsou nejvýraznějším příkladem polysystémovosti.

První pokusy o vybudování modrozeleného systému se datují do 1824. století. (Agard – 1843, Kutzing – 1849, 1875, Thure – 1900). Systém dále rozvinul Kirchner (1914). Od roku XNUMX začala velká revize systému a byla publikována řada nových systémů. Cyanophyta (Elenkin – 1916, 1923, 1936; Bortsi – 1914, 1916, 1917; Geitler – 1925, 1932). Systém A.A. byl uznán jako nejúspěšnější. Elenkina, vydané v roce 1936 [4]. Tato klasifikace přežila až do současnosti, protože se ukázala jako vhodná pro hydrobiology a mikropaleontology [8].

Schéma Identifikátor sladkovodních řas SSSR [4] bylo založeno na systému Elenkin, na kterém byly provedeny drobné změny. Podle schématu identifikátoru byly modrozelené řasy klasifikovány jako typ Cyanophyta, jsou rozděleny do tří tříd (Chroococceae, Chamaesiphoneae, Hormogony). Třídy se dělí na řády, řády na rodiny. Toto schéma určilo pozici modrozelených v rostlinném systému.

Podle Parkerovy klasifikace řas (1982) patří modrozelené řasy do království Procaryota, oddělení Cyanophycota, třída Cyanophyceae [18].

Mezinárodní kód botanické nomenklatury byl kdysi považován za nepřijatelný pro prokaryota a na jeho základě byl vyvinut současný Mezinárodní kód nomenklatury bakterií (ICNB). Sinice jsou však považovány za „dvojpatřičné“ organismy a lze je popsat podle pravidel jak ICNS, tak botanického kodexu [21]. V roce 1978 navrhl podvýbor pro fototrofické bakterie Mezinárodního výboru pro systematickou bakteriologii podřídit nomenklaturu Cyanophyta pravidla Mezinárodního kódu nomenklatury bakterií a do roku 1985 zveřejňovat seznamy nově schválených názvů těchto organismů. N.V. Kondratieva ve svém článku [11] provedla kritickou analýzu tohoto návrhu. Autor se domnívá, že návrh bakteriologů je „chybný a mohl by mít škodlivé důsledky pro rozvoj vědy“. Článek představuje klasifikaci prokaryot přijatou autorem. Podle této klasifikace patří modrozelené řasy do superříše Procaryota, království Photoprocaryota, podříše Procaryophycobionta, oddělení Cyanophyta.

S.A. Balandin a jeho spoluautoři, charakterizující království rostlin, zahrnují oddělení Bakterie (Bakteriophyta) na nižší rostliny a oddělení modrozelených řas (Cyanophyta — a nic jiného) — k řasám [1]. Zůstává nejasné, jaká taxonomická skupina řasy jsou – možná podříše. Autoři zároveň při popisu oddělení Bakterií uvádějí: „Při klasifikaci bakterií se rozlišuje několik tříd: pravé bakterie (eubakterie), myxobakterie. sinice (modrozelené řasy)“ [1]. Otevřenou otázkou autorů je pravděpodobně taxonomická příslušnost sinic.

Literární prameny poskytují mnoho klasifikací na základě rozdělení do skupin podle fenotypový znamení. Různí taxonomové posuzují hodnost sinic (nebo modrozelených bakterií?) různě – od třídy po samostatnou říši organismů. Podle systému tří říší Heckela (1894) tedy všechny bakterie patří do království Protisti. Whittakerův (1969) systém pěti říší umisťuje sinice do království monera [26]. Podle systému organismů Takhtadzhyan (1973) patří do superříše Procaryota, království Bakteriobiota [2]. Nicméně v roce 1977 A.L. Takhtadzhyan je připisuje království Drobyanka (Mychota), podříše Cyanea nebo modrozelené řasy (Cyanobionta), oddělení Cyanophyta. Autor zároveň upozorňuje, že mnozí místo slova „království“ používají Mychota „použij nešťastné jméno monera, navržený E. Haeckelem pro údajně bezjaderný „rod“ Protamoeba, který se ukázal být pouhým bezjaderným fragmentem obyčejné améby“ [19]. Podle pravidel ICNS jsou modrozelené řasy zahrnuty do superříše Prokaryota, království Mychota, podříše Oxyfotobakteriobionta jako oddělení Sinice [2; 22]. Klasifikační systém pěti království podle Margelise a Schwartze umisťuje sinice do království Prokaryota [20]. Cavalier Smith taxonomie šesti království přiřazuje kmen Sinice do říše Procaryota, království Bakterie, podříše Negibakterie [25].

V moderní klasifikaci mikroorganismů [24] je převzata následující hierarchie taxonů: doména, kmen, třída, řád, čeleď, rod, druh. Taxon domény byl navržen jako vyšší ve vztahu ke království, aby se zdůraznil význam rozdělení živého světa na tři části – Archaea, Bakterie и eukarya [21]. Podle této hierarchie jsou sinice klasifikovány do domény Bakterie, kmen B10 Sinice, který je zase rozdělen do pěti pododdílů [14].

Národní centrum pro biotechnologické informace (NCBI) Taxonomy Browser (2004) je definuje jako kmen a umísťuje je do království monera.

V 70. letech. minulého století byl vyvinut K. Woese fylogenetické klasifikace založená na porovnání všech organismů jedním malým genem rRNA. Podle této klasifikace tvoří sinice samostatnou větev stromu 16S rRNA a patří do království Eubakterie [9]. Později (1990) Woese definoval toto království jako Bakterie, rozdělující všechny organismy do tří království – Bakterie, Archaea и eukarya.

Taxonomická schémata sinic uvažovaná v článku jsou pro přehlednost shrnuta v tabulce 1.

Tabulka 1. Taxonomická schémata sinic